运动服装面料研究发展现状分析

翟世雄 范追追 靳凯丽 侯科如 蔡再生

1． 东华大学 化学化工与生物工程学院(中国)2． 东华大学 国家染整重点实验室(中国)

自20世纪80年代运动热潮出现以来，运动休闲和全民健身的概念逐渐兴起。伴随着国民生活水平的提高，人们对服装的服用性能要求越来越高[1]，这促进了以针织面料为主的运动服装的发展。不断问世的功能性面料，不仅满足和丰富了消费者的个性化需求，也满足了其在更多领域的重要应用，赢得消费者的认可。本文从不同角度，对在运动服装领域近40年发表的论文、授权的专利、举行的重要会议及会展等信息进行归纳和总结，分析和概括运动服装面料研发进程中的一些问题、现象及不足，以期明确当前运动服装面料主要研究方向、研究内容及未来发展趋势，为运动服装面料的进一步深入研究提供理论参考。

1 研究方法

利用Web of Science引文索引数据库为检索平台，分别以“sports fabric”和“sports fiber”为关键词，时间跨度为“1980—2019年”，共检索出9 125条记录(含专利、论文等文献)，每条记录包含作者、标题、出版物、摘要和引用的参考文献。采用引文分析方法对所检索的文献进行梳理，对当前运动服装面料研发的主要国家、机构、文献类型、专业刊物、重要学术会议及主要研究方向等进行系统分析。

2 文献分析

2.1 主要国家及机构

图1为不同国家在1980—2019年关于运动服装研究发表的论文数量。如图1所示，截至2019年12月，在全球范围内，着眼于运动服装面料的开发及性能提升研究的国家主要有中国、美国、印度、澳大利亚及加拿大等。其中，中国在相关领域发表的论文数量居世界首位。中国在运动服装面料开发及性能提升方面的研究逐年增多，从侧面说明运动服装面料巨大的市场需求及其广阔的应用前景。进一步分析文献发现，前沿性、开创性和原创性较高的文献主要集中在美国、中国及日本等。

图1 不同国家/地区运动服装面料领域发表的论文数量

图2为1980—2019年全球相关科研机构在运动服装领域发表的论文数量。截至2019年12月，东华大学发表相关论文104篇，单从数量来看，目前东华大学关于运动服装开发、设计等研究的论文产出已位居世界前列。

图2 不同科研机构运动服装面料领域发表的论文数量

2.2 主要研究学者

表1为在国内外主流刊物上公开发表运动服装面料相关论文数量居前九位作者及其相关信息。这些论文对从事运动服装面料设计的研究者具有参考价值。根据表1信息，关注和跟踪其科研成果，可及时掌握前沿的关于运动服装、面料的科学研究水平。

表1 运动服装面料领域发表文献数量较多的专家学者

由表1可知，文献发表数量最多的是东华大学LI J(李俊)教授课题组。截至2019年12月份，李俊教授课题组在ScientificReports，FibersandPolymers，JournalofIndustrialTextiles，JournalofHazardousMaterials，InternationalJournalofClothingScienceandTechnology及《纺织学报》《东华大学学报(自然科学版)》等重要刊物上公开发表研究论文34篇，国家授权发明专利22篇。其主要研究方向为服装设计领域服装舒适性研究及产品开发、功能防护服装研发与测评，在同领域处于前沿水平。香港理工大学LI Y(李毅)教授课题组的研究方向主要是吸湿排汗功能性防护面料的开发与设计，他们系统研究了多层织物气隙夹带及水分对热防护性能的影响、相变材料对织物吸湿排汗性能的影响等一系列关于材料、织物结构设计的相关内容，其研究成果发表在TextileResearchJournal，PolymerTesting等纺织类知名期刊上计25篇，获得国家发明专利授权26项，其研究水平处于世界前列。除了上述在服装领域和面料开发领域发表科研成果较多的作者外，还有其他如东华大学丁彬教授课题组等。

2.3 重要专业刊物

表2列出了在运动服装面料及服装设计开发等领域具有重要影响力的期刊。

表2 在运动服装面料及服装设计开发等领域具有重要影响力的期刊

PROGRESSINPOLYMERSCIENCE是一本国际知名学术期刊，其影响因子高达32.88，已有不少纺织行业相关的静电纺丝、纤维改性等理论性、实验性及综述性论文在该期刊发表。如2010年西班牙布尔戈斯大学Garcia教授在该期刊发表论文，系统深入地介绍了全芳香族聚酰胺材料[2]。芳酰胺被认为是高性能有机材料，其优异的耐热性和力学性能源于其芳香结构和酰胺键，被证实在更多行业具有潜在的利用价值。ADVANCEDFUNCTIONALMATERIALS是材料领域重要权威期刊，在该期刊也不乏关于纤维材料改性及整理等内容的文章。如2013年澳大利亚迪肯大学华裔科学家周华在该期刊发表论文，重点介绍了含氟聚合物、氟烷基硅烷和改性二氧化硅纳米粒子两步法制备超疏水织物，利用纳米粒子效应及表面微孔效应，使用由聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、氟烷基硅烷和改性剂组成的简单易得的材料体系，可制备具有自修复能力、免受化学损伤的新型超双疏织物[3]。涂层织物可经受至少600次标准洗衣和8 000次磨损循环，且不会明显改变超疏水性。该研究成果可应用于运动面料防水透气整理[4]。

分析顶级期刊学术论文发表情况可知，在顶级期刊发表相关论文的研究机构主要位于美国和澳大利亚，成果归属中国的科研机构和学者相对较少。这说明目前一些核心技术成果和顶尖前沿性科研主要掌握在欧美发达国家，中国需要继续努力，不断缩小差距，提升自主研发能力和核心竞争力。同时这也说明中国关于运动服装面料的研究与开发具有巨大的进步空间。

2.4 相关国际学术会议

截至2019年12月，全球召开运动服装面料改性的国际学术会议共计200余次，在web of science数据库收录的公开发表的会议论文有362篇。表3为截至2019年12月运动服装面料相关科研领域收录论文数量较多的会议。由表3可知，发表关于运动服装面料开发论文较多的会议主要有纺织生物工程与信息学国际学术研讨会、世界纺织品大会、国际体育工程协会及纺织工程与材料国际会议等在纺织领域享誉海内外的学术交流会。

表3 运动服装面料相关科研领域收录论文数量较多的会议

第一届纺织生物工程与信息学国际学术研讨会刊发了一篇综述论文[5]，展望了应用于运动穿着的最新材料进展，介绍了关于纺织品纤维、纱线、组织结构、面料、后整理、织物涂层与压层技术的发展历程及最新科研成果。第三届纺织工程与材料国际会议论文集收录了一篇论文[6]，该文系统定义和研究了户外运动服装穿着和户外运动之间的关系，分析了户外运动服装设计的关键因素：面料、造型设计风格和色彩。面料是户外运动服装设计的基本元素，服装是否可称为户外运动服取决于织物面料。运用不同的色彩以提高户外运动服装的品牌品位非常必要。风格结构呈现出面料与色彩结合的整体效果，并直接影响户外运动服装品牌的功能性和实用性[7]。

通过关注一些时效性很强的国际学术会议、会展，可获得前沿和系统的研究成果与科研进展情况，获取来自世界各地的丰富资源和信息，为自身发展提供广泛的思路和建设性的参考。

2.5 涉及文献类型

图3为所调研文献涉及的不同类型资料的数量比例饼状图，其中专利比例高达81.60%，而论文、书籍等文献相对较少，在文献资料中占比为18.40%。所查到的专利内容多以原创性工艺、方法为主，偏重实际操作应用。研究者主要从吸湿排汗、拉伸弹性、防水透气、温度控制及穿着舒适度等方面改进运动服装的材料。湿度控制直接影响服装的舒适性，通过织物结构设计或纤维改性等方式，可改变织物对水分的吸湿、移动与放湿等性质，提升织物的吸湿排汗功能，赋予其吸水性和快干性[8]。文献类型反映出现阶段世界各地对运动服装面料的研究多以应用为主，忽略了理论创新。

图3 运动服装面料领域不同类型文献占比

2.6 涉及研究领域

图4为不同研究领域文献数量图，其中部分文献属于不同的交叉学科，分别在不同领域被统计。图4表明，涉及材料科学领域的相关文献数量最多。进一步分析文献内容发现，有关功能性运动服装的研究内容主要为对服装服用性能进行改进，集中在材料科学、工艺生产、工程技术及化学等领域。其中，相关研究手段和研究方法主要集中在材料领域，研究者们更倾向于从源头材料出发，对现有的纤维进行改性，或开发新型材料以提高最终成品的服用性能。近年来也有相当一部分科学研究集中在工艺生产和化学研究上，研究后整理和化学处理改性的文献占比也在逐渐增加，成为纤维面料改性的主流发展趋势。艺术领域相关论文数量也呈逐年增长趋势并占一定的比例，这说明人们在不断追求服装服用性能提升的同时，也追求服装设计上的时尚性、多样性，反映了人们对服装成品的各方面需求日益提高。有关运动服装面料改性处理在数学、物理等基础理论性学科领域的研究文献较少，说明当前关于纤维、面料研发的基础理论性研究不够深入，有待加强。

图4 不同研究领域与运动服装面料相关的文献数量

2.7 主要研究方向

进一步分析文献资料发现，运动服装面料研究方向主要集中在吸湿排汗、相变调温及织物结构等方面。

2.7.1 吸湿排汗

检索吸湿排汗改性纤维方面的文献，经统计，有论文1 587篇，专利3 528篇，总计5 115篇，约占所有文献的56.5%，约占材料领域发表的论文量的76.9%，说明对纤维进行吸湿排汗改性是研究运动面料服用性能提升的热点与重点。

吸湿排汗纤维包括高吸放湿聚氨酯纤维、细旦丙纶纤维及聚酯多孔中空截面纤维等，其利用纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗液迅速迁移至织物的表面并发散，从而保持人体皮肤的干爽感。例如杜邦公司的Cool Max系列纤维、美国哥伦比亚公司研制的类似Coolmax的Omni-Dry材料[9]，日本TORAY公司研制的Fiedsensor XX聚酯针织物及中国石化仪征股份有限公司研制开发的Coolbst系列纤维等。

纤维的吸湿排汗整理、织物结构设计构造是提升面料在运动过程中服用性的行之有效的方法。近年来，有关新型吸湿排汗纤维制备、相关整理工艺及其助剂开发、织物分层结构设计与组织结构优化赋予纤维吸湿凉爽和速干性能等的研究，成为研究开发高服用性能运动服装的主流，相关文献数量增长明显。

2.7.2 相变调温

关于相变材料的研究文献多达241 848篇，应用于纺织材料的文献有1 263篇。

温度控制织物最重要的发展是采用相变材料(PCM)及防晒材料。相变材料可以根据温度的变化从固态转化为液态，在不同状态间转变的同时，材料可储存、释放或吸收热量[10]。当人体运动程度加剧或环境温度升高时，该材料可防止“热量尖峰”的形成，维持人体基础代谢的稳定，从而节省大量的能耗，明显提高人体运动成绩。因此，其尤其适用于人体短时间高强度运动时着装。目前该领域的知名企业有美国的Outlast公司和Frisby公司、瑞士的Schoeller公司。新型面料实现了有效的热能管理和高水平的紫外线阻隔[11]。目前，一些新型相变材料在纺织品的应用上可能存在一定的局限性，如难以复合或复合后的结合牢度不理想，以及某些应用场合耐磨损性欠佳等。将这些新型高性能相变材料与纺织品复合，研发其应用性能，有待尝试。与吸湿排汗的结构设计、后整理相比，新型材料与纺织品复合研究方向的论文、专利数量较少，该领域的研究空间较大。

2.7.3 织物结构

有关通过纺织技术改良纺织品运动服用性能的文献共计223篇，其中，期刊论文191篇，中国授权的发明专利15项。从文献调研情况可知，纺织技术研究方面的研究工作占比较小，文献数量仅约占总文献数量的2.44%。

运动服装面料的导热排汗功能可通过改善织物结构实现。采用不同的编织方法可获得不同的导热排汗效果。常使用的编织技术包括集圈编织、多层添纱、空气层或半空气层编织、双面衬纬及双面集圈编织等[12]。

弹性服装在提高运动员的各项运动能力、速度、耐力和力量等方面发挥着重要作用，氨纶是运动装中不可缺少的材料，其抗拉扯特性、制成服装后的光滑程度、与身体的紧贴度及突出的伸展性都是理想的运动服装要素。一些运动服装公司还提出了“能量维持”的概念。华歌尔运动科学公司生产的CW-X紧身裤，采用氨纶材料制作经特殊设计制造的束带环绕腿部，能在运动中为肌肉提供额外的定向支撑，这种束缚层可保持肌肉的协调，防止腿部出现的震颤。

对于水上运动服装而言，既能防水又不阻碍人体体表湿气散发是确保服装舒适性的前提。防水透气面料由高支高密纱线制成，可阻止水分子从外界进入，同时允许体内水气散发到外界。Gore-Tex系列面料由微孔聚四氟乙烯纤维薄膜层压材料组成，这种薄膜上的微孔可使汗气透过薄膜，阻止外界风雨渗入。穿着这种面料制成的服装即使在潮湿的条件下活动也可保持干燥，这尤其适合潜水、划船等运动。

总体而言，目前运动服装面料的研究主要侧重于新材料的开发、改性和应用。其中，关于运用纺织技术设计提升运动面料服用性能的文献数量呈现逐年递增的趋势，但是其增长速率与吸湿排汗面料、相变控温面料等的研发相比较小，因此，纺织技术的改进和研究也有很大的探索空间。

2.7.4 其他方向

除了前文列举的材料开发、吸湿排汗改性、相变控温面料及纺织技术方向文献，还有其他研究方向的文献2 283篇，约占总文献数量的25%。这些文献主要集中在服装款式设计、色彩搭配及时尚元素运用等，主要应用于服装的造型设计、色彩设计和辅料等方面。

此外，运动服的穿着舒适性也是研究方向之一。通过对功能运动服的市场与产业化进行研究发现，全球功能运动服市场发展潜力巨大。目前中国功能运动服的科技含量、品牌建设及国际竞争力相对较弱[13]。有学者运用生物力学的理论研究并分析Speedo公司生产的鲨鱼皮泳衣的力学原理及工艺流程[14-17]，自主研发将先进的纳米材料引入面料，开发制作功能运动服[18]。武汉纺织大学在纯棉、纯羊毛运动服装的研究方面取得进展，并与耐克、阿迪达斯等运动服品牌建立合作关系。

3 结语

本文以运动服装面料为主题，以Web of Science引文索引数据库为主要来源数据库对国内外截止目前所发表的科研成果进行系统调研，着重分析了不同研究领域、国家地区、科研机构、研究学者、主流学术期刊及业内重要学术会议等方面关于运动服装面料研究进展，得出如下结论。

——近年来运动服装面料领域科学研究发展迅猛，市场需求逐步提高，在未来很长一段时期内具有科研价值和广阔的市场前景。

——目前运动服装面料领域的研发主要集中在材料改性、新材料研发方面，但对整个织物结构体系进行设计与构筑、对后整理工艺的全面总结缺乏系统深入研究；现阶段研究多偏向于新材料的应用，理论性研究不足。

——目前中国在运动服装面料领域论文数量居世界首位，说明近年来中国相关领域科研取得长足进步和发展，但是其所发表论文被引用率和影响因子普遍不高，在尖端和前沿领域的研究有待进一步提升。